恩智浦：引入TSN對工業(yè)4.0意味著什么？

在電子發(fā)燒友舉辦的2021第五屆工業(yè)控制與通信技術(shù)研討會上，恩智浦半導(dǎo)體邊緣處理業(yè)務(wù)工業(yè)邊緣計算產(chǎn)品市場經(jīng)理高磊在本次研討會上簡要介紹了TSN，以及將該技術(shù)引入工業(yè)4.0的好處。TSN是Time Sensitive Networking（時間敏感性網(wǎng)絡(luò)）的縮寫，是一個IEEE橋接（“交換技術(shù)”）的工作組的項目，旨在通過確定性的研究提升以太網(wǎng)的實時性。 TSN， OPCUA， 5G，邊緣計算，ML構(gòu)成工業(yè)4.0的主要元素，我們已經(jīng)看到了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、水平和垂直系統(tǒng)整合、模擬技術(shù)、增材制造、自動化機(jī)器人應(yīng)用、大數(shù)據(jù)分析、增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全等支柱性技術(shù)。

將TSN做為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的核心，可以連接存量的傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)線、接入采集海量工業(yè)數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)、支撐高精度、遠(yuǎn)程控制的信號承載，實現(xiàn)各類型工業(yè)業(yè)務(wù)的共網(wǎng)絡(luò)承載，并按需保證傳輸質(zhì)量。

但TSN要與現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)共存，依然存在一些問題和挑戰(zhàn)。1. 沒有定義的、獨(dú)立于供應(yīng)商的時間管理和形成標(biāo)準(zhǔn)。2.TSN對硬件提出了更高的處理速度要求，軟件配置也需要更多的用戶交互，這種復(fù)雜性很可能會集成到高容量的硅片和即插即用軟件中。3.TSN TSN并沒有解決用戶多年來一直在抱怨控制器與控制器通信的多供應(yīng)商互操作性問題。 不過OPC-UA與5G都為TSN在工業(yè)4.0上的部署提供了不少的幫助。OPC-UA 可以統(tǒng)一所有系統(tǒng)設(shè)備的信息模型，以提供增強(qiáng)和透明的數(shù)據(jù)訪問，使用 TSN 作為傳輸手段。這種安排還提供了強(qiáng)大的語義，以代表設(shè)備業(yè)務(wù)邏輯和透明的客戶端服務(wù)器通信，可以連接工廠車間到云。 總之，不僅統(tǒng)一增強(qiáng)的信息模型，而且提供確定性數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊髮ΜF(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。行業(yè) 4.0 建議使用物聯(lián)網(wǎng)機(jī)制（如 OPC UAover TSN）來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。雖然 TSN 可以提供低級別的數(shù)據(jù)傳輸，但 OPC UA 可以作為更高級別應(yīng)用的物料網(wǎng)推動器。這兩種技術(shù)的結(jié)合可以為工業(yè)自動化提供快速可靠的數(shù)據(jù)傳輸，以及用于精心設(shè)計的設(shè)備語義的客戶端-服務(wù)器組合。采用 OPC UA 和 TSN 的另一個積極方面是從專有和習(xí)慣世界向統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)的世界轉(zhuǎn)變。此外，OPC UA 和 TSN 使企業(yè)之間能夠統(tǒng)一開發(fā)專業(yè)知識，從而消除在一系列狹窄領(lǐng)域存在重復(fù)或多余的專業(yè)知識。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，uRLLc是5G最關(guān)鍵的需求之一，該場景下最嚴(yán)格的工廠應(yīng)用需要具備1ms的時延、1μs的抖動和99.9999%的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量。而TSN正式提供這種傳輸服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，與5G網(wǎng)絡(luò)融合部署可以構(gòu)建更加靈活、高效的有線+無線工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。 恩智浦已經(jīng)部署了一系列豐富的TSN產(chǎn)品，既有低成本的MCU，也有功能豐富的MPU，覆蓋汽車、工廠、制造、建筑和基建等各種應(yīng)用場景。恩智浦在TSN上的布局分為三個階段，第一階段引入工業(yè)TSN MAC和開關(guān)已經(jīng)完成；第二階段為在指定i.MX產(chǎn)品中加入帶TSN軟件稱的TSN MAC；第三階段則是加入三端口的TSN開關(guān)，并更新TSN軟件層。為此，恩智浦還提供了TSN的軟件開發(fā)包，適用于i.MX6、i.MX8等系列，并通過OS與硬件獨(dú)立的核心代碼，極大地減少了重新開發(fā)的成本。